장(Field) 속의 전하는 산 위의 공과 같습니다
- 경사면 위 공을 놓으면 가속되며, 높이를 속도로 교환합니다.
- 전기장 속에서 전하를 놓으면 같은 일이 일어나며, 전기 위치에너지를 운동에너지로 전환합니다.
- 두 에너지는 서로 교환되지만, 합계는 절대 변하지 않습니다.
- 중력에 대해 배운 에너지 보존 법칙은 전하에도 동일하게 적용됩니다.
PE와 KE의 교환
- 장을 통과하는 전하는 전기 PE를 운동에너지로 변환(또는 반대로)합니다.
- 다른力が 작용하지 않을 때 $U + \tfrac12 mv^2 = \text{constant}$.
- 양전하를 반발시키면: PE가 감소하고 가속됩니다.
- 장에 대항하여 밀면: 속도가 떨어지고 PE가 증가합니다.
양전하가 반발하여 가속될 때, 그 전기적 포텐셜 에너지는:
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운동 에너지로 변환되면서 PE가 감소하고, 총 에너지는 일정하게 유지됩니다.
다른 힘에 작용하지 않는 전하에 대해, 전기적 PE와 ____ 에너지의 합은 일정합니다.
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$U + \tfrac12 mv^2 = \text{constant}$ — PE와 운동 에너지는 서로交換됩니다.
전압을 이용해 속도 구하기
- 전하가 전압 $\Delta V$를 통과할 때 얻는 에너지는 $W = q\,\Delta V$입니다.
- 이것이 모두 운동에너지로 바뀔 수 있습니다: $q\,\Delta V = \tfrac12 m v^2$.
- 이것이 바로 입자 가속기가 전자와 양성자를 가속시키는 방식입니다.
- 더 큰 전압이나 더 큰 전하량은 더 빠른 최종 속도를 의미합니다.
$2\ \text{C}$의 전하가 정지 상태에서 $9\ \text{V}$를 지나며 가속됩니다. 이 전하가 얻는 운동 에너지는 $\text{J}$ 단위로 몇 킬로줄(kJ)입니까?
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$\text{KE} = q\Delta V = 2 \times 9 = 18\ \text{J}$.
입자 가속기는 전압을 사용하여 전하의 전기적 포텐셜 에너지를 운동 에너지로 변환합니다.
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전하가 전압을 건너 $q\Delta V$의 운동 에너지를 얻습니다 — 입자 가속기가 작동하는 원리입니다.
역학에서 사용했던 동일한 도구
- 에너지 보존은 복잡하고 지저분한 중간 과정을 추적하지 않고 시작과 끝을 연결합니다.
- 시작 시 총 에너리를 끝의 총 에너지와 같게 설정하고 풀이세요.
- 이미 알고 있는 모든 역학 에너지 도구를 전기와 통합합니다.
- 힘이 보존력일 때(중력, 스프링, 전기), 이 단축법이 항상 작동합니다.
운동 에너지를 얻거나 잃는 전하
전하가 장(Field)을 통과할 때 에너지는 운동 에너지와 전기적 포텐셜 에너지 사이에서 전환됩니다. 각 경우를 분류하십시오.
전기적 장(Field) 내에서 자유롭게 움직이는 전하에 대한 모든 참인 문장을 선택하십시오.
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에너지는 보존되며(창출되지 않고) 전환됩니다; $\Delta V$를 건너면 $q\Delta V$의 에너지가 전달됩니다.
에너지 보존은 에너지가 새어 나가지 않을 때만 적용됩니다(마찰이나 저항이 빼앗지 않을 때). 회로에서는 저항기가 전기에너지를 열에너지로 바꾸므로,那里的能量总体上是守恒的，但并非以动能形式储存——需要追踪能量的去向。
회로에서 왜 모든 전기 에너지가 운동 에너지로 전환되지 않습니까?
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저항기는 전기 에너지를 열로 변환하므로, 전체적으로는 에너지가 보존되지만 운동 에너지로 저장되지는 않습니다.
전하 $q = 2\ \text{C}$가 정지 상태에서 전위차 $\Delta V = 9\ \text{V}$를 통해 가속됩니다. 이 전하는 얼마만큼의 운동에너지를 얻습니까?
- $\text{KE} = q\,\Delta V = 2 \times 9 = 18\ \text{J}$.
그가 잃는 모든 전기적 퍼텐셜 에너지는 운동에너지로 다시 나타납니다.
전기 에너지 보존: 전하가 전기적 퍼텐셜 에너지를 운동에너지로 바꿀 때 총량은 변하지 않으며, 이는 $U + \tfrac12 mv^2 = \text{constant}$입니다. 전압을跨过할 때 $W = q\,\Delta V$를 얻으며 — 이것이 가속기의 작동 원리입니다. 역학에서 사용하는 동일한 에너지 도구套装입니다.